أكاديمية شمرا - محرك بحث للعلماء العرب | أطياف الأشعة الكونية في الفضاء بين النجوم محددة من معدلات انبعاث أشعة غاما المنتشرة في المجرة (2023)

ملخص عربي ملخص باللغة الإنجليزية

حظيت فيزياء الإنتاج النووي الثانوي باهتمام متزايد بسبب القياسات عالية الجودة لمعدل انبعاث أشعة غاما للغاز النجمي المحلي بين ~ 50 ميجا فولت و ~ 40 جيجا إلكترون فولت بواسطة تلسكوب المنطقة الكبيرة في منتجع فيرمي.مرصد م. معدل الانبعاث المصاحب للغاز أعلى من 1 GeV هو أكثر من 90٪ بسبب تحلل أشعة جاما للبيونات المحايدة التي تشكلت عندما تصطدم الأشعة الكونية بالمادة بين النجوم ، وهي عملية يسببها ليبتون تزداد أهمية. تتم إعادة النظر في الحركية الأساسية لإنتاج الميزون المحايد وانحلاله في ضوء سؤالين فيزيائيين: هل يتبع الإنتاج متساوي الضغط سلوك القياس؟ ما هو الحد الأدنى من الطاقة الحركية للبروتونات اللازمة لتوليد pi0 في الوسط لتكوين أشعة جاما ذات طاقة معينة؟ سيسمح التحليل الطيفي للانبعاث بتحديد موثوق لأطياف الأشعة الكونية البينجمية ، مما يوفر مرجعًا لدراسات المنشأ والانتشار ، بالإضافة إلى المدخلات لنماذج التشكيل الشمسي. يتم عرض طريقة ونتائج توضيحية لمثل هذا التحليل.

يسمح رمز Picard للحل العددي لمشكلة انتشار الأشعة الكونية المجرية بتحديد نموذج عالي الدقة للبنية ثلاثية الأبعاد لمجرتنا. يستخدم Picard لتحديد انتشار أشعة جاما في مجرة ​​درب التبانةتتراوح الطاقة من 100 MeV إلى 100 TeV. نناقش تأثير توزيع مصادر الأشعة الكونية المتوافقة مع أذرع المجرة الحلزونية على مجموعة من نماذج هذه الأذرع الحلزونية. كما هو متوقع ، يكون التأثير على انبعاث أشعة جاما أكثر وضوحًا في قناة كومبتون العكسية ، حيث تكون بصمة الذراع الحلزونية مرئية وتنتج تنبؤات لم تعد متماثلة مع محور دوران المجرة. دعونا نوضح هذه الاختلافات من خلال المقارنة المباشرة مع نتائج النماذج السابقة لانتشار المجرات المحوري: نجد اختلافات في تدفق أشعة غاما على المقاييس العالمية والمحلية المرتبطة بظل الأذرع الحلزونية. قارنا تدفق أشعة جاما وأطيافها في الإسقاطات الداخلية والذراع الخارجية ووصف الاختلافات في النماذج المتماثلة المحور.

بسبب التوليد الذاتي الفعال لموجات ألفين التي تثيرها عدم استقرار تدفق nea ، من المحتمل أن تحدث موجة الصدمة المتبقية من المستعر الأعظم وانتشار الجسيمات المتسارعة في بقايا الأم الهاربة في أنظمة غير خطية بقوة.الخط. اعتمادًا على كمية الهيدروجين المحايد الموجودة في المنطقة المحيطة بنقطة انفجار المستعر الأعظم ، يمكن للأشعة الكونية أن تتراكم وزنًا كبيرًا في نفس المنطقة وتصبح محدودة ذاتيًا لفترة زمنية لا تُهمل ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة معدل الإنتاج . ثنائي الأبعاد. نحسب هنا المساهمة في خلفية أشعة جاما المنتشرة من تداخل خط البصر لعدة هالات ممتدة بسبب إنتاج الميون المحدود ذاتيًا بفعل الأشعة الكونية. وجدنا أنه إذا كانت كثافة النيوترونات منخفضة ، يمكن أن تمثل الهالة جزءًا كبيرًا من الانتشار الذي لاحظه Fermi-LAT ، اعتمادًا على اتجاه خط الرؤية بالنسبة لاتجاه مركز المجرة.

في هذا العمل ، نعيد النظر في انتشار أشعة جاما $ المجرية في السماء ، مع مراعاة قياسات PAMELA و ATIC و Fermi الجديدة للإلكترونات الكونية / البوزيترون التي فاقت التوقعاتقياس التدفق في النماذج التقليدية. نظرًا لأن مصدر الإلكترونات / البوزيترونات الإضافية غير واضح ، فإننا نأخذ في الاعتبار ثلاثة سيناريوهات مختلفة لشرح الزيادة: المصادر الفيزيائية الفلكية مثل النجوم النابضة المجرية ، والاضمحلال ، وفناء المادة المظلمة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام نتائج Fermi-LAT الجديدة من أشعة جاما $ (الإضافية) التي تحجب المجرة. تعطي خلفية الأشعة الكونية بدون مصادر جديدة أشعة غاما متناثرة أقل مقارنة بأرصاد Fermi-LAT ، والتي تتوافق مع التحليلات السابقة. تتنبأ مشاهد من مصادر فيزيائية فلكية بأشعة جاما المنتشرة التي تظهر اختلافًا بسيطًا عن الخلفية. لا تدعم بيانات أشعة جاما المنتشرة من فيرمي نموذج إبادة المادة المظلمة في الحالة النهائية $ tau ^ {pm} $ ، مع وجود قيود قليلة فقط في سيناريو المادة المظلمة المتحللة. علاوة على ذلك ، فإن الطاقات الأعلى ($ sim $ TeV) لطيف أشعة غاما المنتشر لسيناريو المادة المظلمة تزداد دائمًا بسبب إشعاع الحالة النهائية. أخيرًا ، وجدنا أنه يمكن تفسير بيانات أشعة غاما المنتشرة من Fermi-LAT ببساطة عن طريق تطبيع طيف الإلكترون الممتد دون إدخال مصادر جديدة ، مما قد يشير إلى أن القيود الحالية في نماذج المادة المظلمة قد تكون أقوى ، بالنظر إلى تقدير الخلفية الدقيق .

ينتج معظم انبعاث أشعة جاما GeV المنتشرة في مجرة ​​درب التبانة عن طريق تصادم بروتونات الأشعة الكونية (CR) مع بروتونات ISM. لذلك ، يجب أن يكون طيف أشعة غاما المرصود و CR مرتبطين ارتباطًا وثيقًا. أحدث الملاحظات من معرض Fermi-LATيتم تقوية طيف أشعة جاما بحوالي 100 جيجا إلكترون فولت بين ظل القوس وكارينا ، وتصلب أكثر ببضع درجات فوق وتحت مستوى المجرة. ومع ذلك ، لا يمكن لنماذج انتشار CR القياسية التي تفترض توزيع مصدر مستقل عن الوقت والانتثار المستقل عن الموضع أن تنتج منحدرات طيفية CR مترابطة مكانيًا (وبالتالي أشعة جاما). هنا نعتبر نموذج ذراع حلزوني ديناميكي يتركز فيه توزيع مصادر CR في الذراع الحلزونية (الديناميكية) ، ونتحقق من تأثير هذا النموذج على أطياف أشعة جاما الناتجة عن انحلال $ pi ^ 0 $. في هذا النموذج ، بالقرب من أذرع المجرة ، فإن الانحدار الطيفي لأشعة غاما المرصود ليس مهمًا لاعتماد الطاقة في طيف حقن CR ومعامل الانتشار. وجدنا ميزات فريدة تتوافق مع ملاحظات Fermi-LAT. يوفر النموذج أيضًا تفسيرًا ماديًا للاختلاف بين ميل طيف CR المحلي ومنحدر CR المستنتج من متوسط ​​طيف أشعة جاما.